2021高中物理-3.3-放射性的应用、危害与防护-学案(教科版选修3-5)

学案3放射性的应用、危害与防护[学习目标定位]1.知道放射性的应用及放射性应用的形式.2.知道放射性的危害及对放射性的防护方法．1．三种射线(1)α射线是氦核流，它具有很强的电离作用，但穿透力气很弱；(2)β射线是高速运动的电子流，它有较强的穿透力气，但电离作用较弱；(3)γ射线是能量很高的电磁波，它电离作用很弱，穿透作用很强．2．半衰期放射性元素有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．半衰期只与核内部自身因素有关．3．放射性的应用(1)利用射线的特性．放射性元素放射的α射线、β射线及γ射线，由于特性不同，各有其不同的应用．①α射线带电，能量大，其电离作用很强，因此，可用来消退静电．②β射线一般作为测量手段使用，其原理是利用其穿过薄物或经过薄物反射时，由透射或反射后的衰减程度来测定薄物的厚度与密度．③γ射线穿透力气极强，比X射线要强很多倍．在工业上用来透视各种产品，以达到无损探伤的目的．γ射线对生物组织会产生物理、化学的效应，能引起生物体内DNA的变异，可用来培育良种，也可用来杀死癌细胞．(2)作为示踪原子把放射性同位素的原子及其化合物通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测仪器进行追踪，以了解放射性同位素在其他物质中的位置、数量、运动和迁移状况，这种使物质带有“放射线标记”的放射线原子称为示踪原子．示踪原子在工业、农业、医学等各个学科及实际生产生活中的用途格外广泛．(3)利用衰变特性在考古学中，可以利用测定发掘物中eq\o\al(14,6)C放射性元素的含量，来确定它的年月．(4)其他应用在地质学上，利用射线勘探矿藏．4．放射性的危害与防护(1)放射性污染的主要来源在自然界中，存在于人体身边的放射性来源众多，包括自然 的和人工产生的．前者主要由两部分组成：一是来自地壳表面的自然 放射性元素以及空气中氡等产生的放射线；二是来自空间的宇宙射线．人工放射线的来源主要是医疗、核动力以及核武器试验中的放射线．(2)放射线对人体组织造成的损害，主要是由于射线对原子和分子产生作用，这种作用将导致细胞损伤，甚至破坏人体DNA的分子结构．(3)放射性的防护其基本方法有：①距离防护；②时间防护；③屏蔽防护；④仪器监测．一、放射性同位素[要点提炼]约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，发觉了一种具有放射性的新元素eq\o\al(30,15)P，这种新元素能不断地射出正电子，其核反应方程为：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e这是人类第一次用人工的方法产生了放射性同位素．例1完成下列核反应方程，并说明哪些属于人工转变，哪些属于衰变？(1)eq\o\al(14,7)N＋()→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋()(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→()＋eq\o\al(1,0)n(4)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋()，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋()(5)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→()＋eq\o\al(4,2)He(6)eq\o\al(59,27)Co＋()→eq\o\al(60,27)Co＋γ(7)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()(8)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋()答案(1)eq\o\al(14,7)N＋(eq\o\al(4,2)He)→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，人工转变核反应(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋(eq\o\al(1,0)n)，人工转变核反应(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→(eq\o\al(13,7)N)＋eq\o\al(1,0)n，人工转变核反应(4)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋(eq\o\al(1,0)n)，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋(eq\o\al(0,1)e)，人工转变核反应(5)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→(eq\o\al(3,1)H)＋eq\o\al(4,2)He，人工转变核反应(6)eq\o\al(59,27)Co＋(eq\o\al(1,0)n)→eq\o\al(60,27)Co＋γ，人工转变核反应(7)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋(eq\o\al(4,2)He)，α衰变(8)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋(eq\o\al(0,－1)e)，β衰变二、放射性同位素的应用[要点提炼]1．放射性同位素的分类：(1)自然 放射性同位素；(2)人工放射性同位素．2．人工放射性同位素的优势：(1)种类多，自然 放射性同位素只有40多种，而人工放射性同位素有1000多种．(2)放射强度简洁把握．(3)可制成各种所需的外形．(4)半衰期短，废料易处理．3．放射性同位素的应用(1)利用射线特性①利用α射线的电离作用强，可以消退静电．②利用β射线测定薄物的厚度及密度．③利用γ射线穿透力气极强，达到无损探伤的目的．④γ射线能使种子的遗传基因发生变异，在农业育种、医疗对癌细胞的综合治疗有重要应用．(2)作为示踪原子：利用放射性元素与非放射性元素有相同的化学性质．(3)衰变特性：利用动植物残骸中eq\o\al(14,6)C的含量与活生物体中的对比来确定死亡时间．例2正电子放射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清楚的图像．依据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式．(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是()A．利用它的射线B．作为示踪原子C．参与人体的代谢过程D．有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________．(填“长”或“短”或“长短均可”)解析(1)由题意得：eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)e，eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B对．(3)依据同位素的用途，为了减小对人体的损害，半衰期应当很短．答案(1)eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)e，eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ(2)B(3)短例3如图1所示是利用放射线自动把握铝板厚度的装置，假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而依据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对把握厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调________一些．图1解析α射线不能穿过3mm厚的铝板，γ射线又很简洁穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响，而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化．应是β射线对把握厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应当将两个轧辊间的距离调整得大些．答案β大放射线的应用、危害与防护eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(应用\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(利用射线的特性,作为示踪原子,利用衰变特性,其它应用)),危害与防护\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(距离防护,时间防护,屏蔽防护,仪器监测))))1．在工业生产中，某些金属材料内部毁灭的裂痕是无法直接观看到的，假如不能够发觉它们，可能会给生产带来极大的危害，自从发觉放射线之后，则可以利用放射线进行探测，这是利用了()A．原子核在α衰变中产生的eq\o\al(4,2)HeB．β射线的带电性质C．γ射线的贯穿本事D．放射性元素的示踪本事答案C解析γ射线的贯穿本事极强，可以用来进行金属探伤，故正确答案为C.2．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有()A．放射线转变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消退有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果确定是更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时确定要严格把握剂量，以免对人体正常组织造成太大的损害答案D解析利用放射线消退有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消退，A错．γ射线对人体细胞损害太大，不能用来进行人体透视，B错．作物种子发生的DNA突变不愿定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，C错．用γ射线治疗肿瘤对人体确定有副作用，因此要科学地把握剂量，D对．3．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发觉，自然 的放射性同位素只不过40多种，而今日人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学争辩的很多方面得到了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消逝．其缘由是()A．射线的贯穿作用B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是(2)图2是工厂利用放射线自动把握铝板厚度的装置示意图．假如工厂生产的是厚度1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度把握起主要作用的是________射线．图2(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟自然 牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾接受放射性同位素14C做____________．答案(1)B(2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电荷电性相反的离子相互中和，从而使验电器所带电荷消逝．(2)α射线穿透物质的本事弱，不能穿透厚度1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本事极强，穿透1毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难辨别．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，